鋁合金動(dòng)車組側(cè)墻板平面度尺寸超差控制

1、鋁合金動(dòng)車組側(cè)墻板平面度尺寸超差控制王波 趙衛(wèi) 【摘要】本文主要針對(duì)鋁合金動(dòng)車組帶弧 度通長(zhǎng)側(cè)墻板焊接平面度尺寸超差控制進(jìn)行工藝分析，通過(guò) 采用合理的焊接順序、操作方法及工藝等措施進(jìn)行改善，有 效地解決了側(cè)墻板平面度尺寸超差控制問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：機(jī) 器人焊接；焊接參數(shù)；工藝措施；變形控制 2. 車體結(jié)構(gòu) 車 體為鋁合金全焊接結(jié)構(gòu)，一般由 6 輛編組而成（ 2 輛拖車和 4 輛動(dòng)力車），主要結(jié)構(gòu)由底架、頂蓋、側(cè)墻及端墻四大部件 組焊而成，拖車為帶司機(jī)室部分。整車均采用優(yōu)質(zhì)大型中空 擠壓鋁合金型材，利用最先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備及焊接機(jī)器人 進(jìn)行加工與焊接，采用整體承載焊接結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。 3. 側(cè)

2、墻板平面度控制工藝難點(diǎn) 動(dòng)車組側(cè)墻板與往常的地鐵車 輛有所不同，鋁合金地鐵車輛側(cè)墻板為分塊式，而動(dòng)車組側(cè) 墻板采用整塊通長(zhǎng)式帶弧度焊接新工藝 （見(jiàn)圖 2），焊后要求 整塊側(cè)墻平面度控制在 2mm 以內(nèi)。 通長(zhǎng)式帶弧度側(cè)墻板組 焊在沒(méi)有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的情況下，通過(guò)借鑒地板拼焊的工作經(jīng)驗(yàn) 對(duì)工裝、預(yù)設(shè)反變形、工藝參數(shù)及焊接順序進(jìn)行摸索，第一 塊側(cè)墻板完成焊接后，對(duì)側(cè)墻板平面度進(jìn)行檢測(cè)（見(jiàn)表1），靠近側(cè)墻下部平面度達(dá)到1013mm，出現(xiàn)嚴(yán)重超差，造成返工工作量巨大，如圖 3 所示。 4. 工裝支撐點(diǎn)設(shè)定反變形 通過(guò)對(duì)工裝各支撐點(diǎn)位置進(jìn)行設(shè)定反變形 （見(jiàn)圖 4），各支撐 點(diǎn)反變形設(shè)定高度值如表 2 所示。

3、5. 通長(zhǎng)式帶弧度側(cè)墻板 焊接工藝 （1）焊前準(zhǔn)備 試件準(zhǔn)備：試件規(guī)格如圖 5 所示， 材質(zhì)為6005A ;焊接材料選用 AL Mg4.5Mn Zr 5087 , $ 1.6mm。選用氣體為99.999%高純度氬氣。 圖1動(dòng)車組車體 基本結(jié)構(gòu) 圖 2 動(dòng)車組通長(zhǎng)式帶弧度側(cè)墻板 圖 3 側(cè)墻焊后 平面度示意 表 1 側(cè)墻板試制焊后平面度測(cè)量數(shù)據(jù) （mm） 第 4 條焊縫 1-62-1.5-8-2 23.5-3.5 2-52.52-10-2 2.510-10 3-72-1-9-2 211-11 4-500.5-132 00-13 測(cè)量點(diǎn)第一塊側(cè)墻板第 二塊側(cè)墻板第 1 條焊縫第 2 條焊縫第 3

4、條焊縫第 4 條焊縫第 1 條焊縫第 2 條焊縫第 3 條焊縫 5-40.5-1-122.5 0.50-14.5 6-501-133 03-13 7-61.5-1.5-101 1.52-14 8-422-13.5-2 24-13.5 圖 4 滾筒支撐點(diǎn)設(shè)定反變形 表 2 各支撐點(diǎn)反變形設(shè)定值（mm）側(cè)墻I位端支撐點(diǎn)位置 12345678910 118987667768795107117122121997867768693106114122 117988068768896108116125119978066729098110116125 1191008068759099110120126 119

5、10084718091100114120130 11810085758496107114122134 11999847383961061131211321189985748297105110122134 側(cè)墻 II 位端側(cè)墻板下部側(cè)墻板上部 圖 5 試件示意 設(shè)備準(zhǔn) 備：IGM RTI - 2000型弧焊機(jī)器人，采用TPS5000全數(shù)字化 控制的逆變焊接電源。首先，檢查設(shè)備水循環(huán)系統(tǒng)、電源控 制系統(tǒng)、焊絲、保護(hù)氣體、壓縮空氣是否正常。其次，對(duì)機(jī) 器人各軸進(jìn)行校零及 TCP (焊槍中心點(diǎn))進(jìn)行調(diào)整校正。最 后， 對(duì) ELS 傳感器或激光攝像頭進(jìn)行檢查確認(rèn)， 確保傳感器 正常工作，包括軟硬件。 (

6、 2)焊接工藝 作業(yè)環(huán)境：由于 鋁合金焊接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度要求較高，現(xiàn)場(chǎng)溫度必須控制在 5 C以上，濕度控制在 60%以下；在焊接操作時(shí)，要注意避 免周圍的穿堂風(fēng)對(duì)焊接過(guò)程造成影響，同時(shí)空氣的劇烈流動(dòng) 會(huì)引起氣體保護(hù)不良，從而產(chǎn)生焊接氣孔。 焊縫區(qū)域及表 面處理：焊縫區(qū)域表面清理工作很重要，一般采用異丙醇或 酒精對(duì)工件表面的油脂及油污進(jìn)行清洗；再采用風(fēng)動(dòng)不銹鋼 鋼絲輪(刷)對(duì)焊縫區(qū)域 2030mm進(jìn)行拋光，去除工件表 面的致密氧化膜。拋光后要求工件表面呈亮白色，嚴(yán)禁有油 污和氧化膜殘留表面等。如果焊接區(qū)域存在油污、氧化膜等 未清理干凈，在焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重影響焊接質(zhì) 量。焊接參數(shù)： 如

7、表 3 所示。 6. 試件裝配、 固定及焊接 (1) 試件裝配、定位焊 準(zhǔn)備側(cè)墻板型材，采用異丙醇對(duì)試件拋 光前進(jìn)行清洗，將焊縫 20 30mm 區(qū)域內(nèi)拋光呈亮白色，對(duì) 試件進(jìn)行裝配后，采用液壓工裝將工件進(jìn)行壓緊定位焊。在 定位焊前檢查焊縫根部預(yù)留裝配間隙 0.51mm，定位焊位 置為焊縫正面均勻分布各支撐點(diǎn)位置，定位焊縫長(zhǎng)度 5060mm，如圖6所示。 固定各工裝壓臂所壓的位置，如 圖7所示。 正面兩條焊縫：中間兩條焊縫：第一條焊縫壓臂壓上部型材側(cè)墻板邊緣500mm ；第二條焊縫壓臂壓下部型材側(cè)墻板邊緣340mm。外側(cè)兩條焊縫：壓臂壓在外側(cè)兩 條焊縫上，焊接時(shí)邊焊接邊松壓臂，焊槍過(guò)后及時(shí)壓緊

8、側(cè)墻 板。 表 3 焊接參數(shù)層道分布焊絲規(guī)格 /mm 焊接速度/cm min-1弧長(zhǎng)修正氣體流量/L min-1桿伸長(zhǎng)度/mm脈沖 f1.6 85 -6 1820 810 NO （開(kāi)）圖6裝配定位段焊示意 反 面焊縫：中間兩條焊縫：第一條焊縫壓臂壓在下部C型槽100mm 位置；第二條焊縫壓臂壓在上部型材 C 型槽 160mm 位置。外側(cè)兩條焊縫：壓臂壓在焊縫兩側(cè) 90mm位置。（2） 焊接 第一，焊前檢查：焊前采用直磨機(jī)將接頭處磨成緩 坡?tīng)睿ＷC焊接時(shí)引弧良好。焊接前檢查試件周邊是否有 阻礙物。檢查氣體流量，焊絲是否滿足整條焊縫焊接。 清理噴嘴焊渣，擰緊導(dǎo)電嘴。為保證起弧的保護(hù)效果，起 弧前先

9、提前放氣 10 15s。 第二，焊槍角度：焊槍角度的好 壞直接影響到焊縫熔深及焊縫成形的好壞，將焊槍姿態(tài)調(diào)整 到最佳位置可以較好的減少未焊透、咬邊以及成形不良等缺 陷。焊槍與側(cè)墻板兩側(cè)成 90，與焊接方向成 70 75。 第三，合理的焊接順序，如圖 8 所示。 先焊接中間兩條焊 縫，采用雙槍激光跟蹤焊接，從中間往兩端方向進(jìn)行焊 接，最后焊接兩側(cè)焊縫，焊接方向同中間焊縫。采用此 焊接順序可有效減少焊縫熱的輸入量，同時(shí)有利于側(cè)墻板焊 接變形的控制。 第四，焊接變形控制效果：從表 4 中各點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，通長(zhǎng)式帶弧度側(cè)墻板焊接變形已得到有效控 制，各焊縫位置平面度均達(dá)到工藝要求 2mm 范圍以內(nèi)，如

10、 圖 9 所示。 圖 7 工裝壓臂壓點(diǎn)位置 圖 8 焊接順序 7. 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)在側(cè)墻板生產(chǎn)制造過(guò)程中的不斷探索、改進(jìn)，逐步提高 了鋁合金動(dòng)車組側(cè)墻板的組焊制造工藝，同時(shí)通過(guò)采用上述 有效的焊接參數(shù)、合理的焊接順序及工藝措施，使通長(zhǎng)式帶 弧度側(cè)墻板平面度得到有效控制。不僅大幅提高了側(cè)墻板組 焊的生產(chǎn)工效，減少返工時(shí)人力物力的浪費(fèi)，而且使產(chǎn)品質(zhì) 量得到穩(wěn)步提升。路客車制造上的應(yīng)用J.焊接，2001 ( 7)表4側(cè)墻板改善后平面度測(cè)量數(shù)據(jù)(mm)第4條焊縫11.5-11-10-11-1 2011.5-2012-2 310.5-1.5-0.500.5-0.5-0.5 4-1.5-11-1.5-1.5-

11、11-1.5 測(cè)量點(diǎn)第五塊側(cè)墻板第六塊側(cè)墻板第 1 條焊縫第 2 條焊縫第 3 條焊縫第 4 條焊縫第 1 條焊縫第 2 條焊縫第 3條焊縫 50-11.5-2.50-12-2 6-111.5-1.5-111.5-1.5 700.51-2.500.51-1 81-10.5-21-10.5-2 圖9 側(cè)墻板焊后平面度 示意 作者簡(jiǎn)介：王波等，中車株洲電力機(jī)車有限公司技師 協(xié)會(huì)。 參考文獻(xiàn)： 1 王炎金，等 .焊接機(jī)器人在鐵 1. 概 述 作者簡(jiǎn)介：郭純等，中船重工 725 所洛陽(yáng)雙瑞特種合金 材料有限公司。帶弧度通長(zhǎng)側(cè)墻板平面度尺寸超差控制進(jìn)行 分析，通過(guò)采用合理的焊接順序、操作方法及工藝措施等進(jìn) 行控制，使側(cè)墻板平面度尺寸超差問(wèn)題得到有效解決。隨著全球交通軌道裝備的快速發(fā)展，現(xiàn)代軌道交通列車時(shí)速在 不